Cell重磅:中美科学家人猴 “杂交” 胚胎最新突破,存活将近20天

原创 Kbet365  2021-04-16 10:21 

来源:学术头条

2019 年,由西班牙科学家、美国索尔克生物科学研究所教授 Juan Carlos Izpisua Belmonte 领导的一个跨国研究团队声称,他们已将人类细胞植入猴子胚胎内,成功培育出全球第一个人猴混种胚胎,一度引发巨大争议。

毕竟,如果人类 - 动物嵌合胚胎经发育后产生类似人类的具有意识能力的神经系统,或者经过足月发育后表现出类似人类的行为,那么由此产生的伦理后果可能是难以想象的。

近日,Belmonte 教授与昆明理工大学灵长类转化医学研究院季维智院士、牛昱宇教授、谭韬教授等人合作,在之前的研究基础上,将人类干细胞注射到灵长类动物食蟹猴的胚胎中,并且嵌合胚胎存活了将近 20 天。

尽管有伦理方面的考虑,但这项研究仍有可能为发育生物学和进化提供新的见解,并对开发人类生物学和疾病新模型具有摘要影响。

该研究以 “Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo” 为题,发表在最新一期的 Cell 杂志上。

对此,Belmonte 教授表示,“从以往的研究来看,人类 - 动物胚胎嵌合体的产生,受种族差异的影响往往效率低下,同时存在人类细胞向动物胚胎整合的情况。而人类与灵长类动物之间的联系更加紧密,二者之间更容易形成胚胎嵌合体。深入研究人类和灵长类动物的胚胎嵌合体可以帮助我们更好地了解人类 - 动物胚胎嵌合体的生长阻碍,同时也有助于帮助我们寻找破除阻碍的方法。”

美好的愿景

我们知道,器官是人类生存不可或缺的部分,完整的器官对于人类的幸福生活至关重要。而对于很多患者来说,由于疾病或意外的伤害,器官遭受了不可逆的损伤,此时器官移植就非常重要。

然而,仅在中国每年因终末期器官衰竭等待器官移植的患者就有 30 万例,但实际上只有 1-2 万例患者最终完成了器官移植。其中最主要的原因就是器官供体十分有限。因此,科学家长期以来一直试图体外培育人类器官,以解决器官移植供体不足的难题。

Belmonte 教授正是其中的一员。2017 年,Cell 杂志刊登了首例小鼠 - 大鼠、人 - 牛混合胚胎相关研究,引发全球关注。同年,Belmonte 教授即开展了人类 - 动物胚胎嵌合体研究,试图通过这一技术培养人类器官。

人类 - 动物嵌合体胚胎的创建主要分为两个阶段。首先,利用有 “基因剪刀” 之称的 CRISPR 技术,删除猪胚胎内形成器官的关键基因,创造遗传 “空位”;第二步,把人类诱导多能干细胞注入猪胚胎内。诱导多能干细胞从人类体细胞中直接获得,具有与胚胎干细胞一样分化为各类细胞的能力。

2017 年,Belmonte 教授率先开展了人 - 猪混合胚胎研究,并向 1400 个猪胚胎中注入了人类的多功能干细胞。最终,他们成功在猪胚胎中检测到人类细胞的存在,不过比例只有不到 1/100000。

显然,仅 1/100000 的细胞比例是无法顺利形成器官的。对此,Belmonte 教授解释,“可能是由于人类与猪的差异性太大,人类干细胞无法顺利在猪的胚胎中 “安营扎寨”。因此,人 - 猪嵌合胚胎形成的器官中,大部分依旧是猪的细胞”。

随后,Belmonte 教授决定在更亲近的物种上进行试验。于是 2019 年,Belmonte 教授率先创造出了人 - 猴嵌合胚胎。不过,最终由于道德疑虑,该胚胎在发育的第 14 天,即将生成中枢系统时就被终止了。

对此,Belmonte 教授曾表示,“如果实验没有中止,原本可以诞生出一个人猴混种。成形的干细胞将来可以应用于人类的器官移植,对医疗发展而言是重大突破”。不过,许多科学家同时指出,人猴胚胎违反伦理道德,人猴出生后很可能会产生自我意识,最终导致自我毁灭。

揭示人类 - 动物嵌合胚胎的秘密

在本次研究中,Belmonte 教授表示,“作为科学家,我们有责任按照现行的道德、法律和社会准则进行细致的研究。在开始本次工作前,我们已经做好了伦理咨询和审查准备,这一过程有助于帮助我们更好地完成试验。”

得到了伦理许可后,Belmonte 教授带领的研究人员在猴子胚胎形成的第 6 天,向其中注入 25 个人类诱导多功能干细胞,随后检测到胚胎中是否人类细胞表达。结果第一天,研究人员在 132 个胚胎中检测到人类细胞;10 天后,仍有 103 个嵌合胚胎在发育中。

不过,10 天后人猴嵌合胚胎便很快开始死亡,到了第 19 天,只有 3 个嵌合胚胎依旧活着。在研究过程中人们还发现,人猴胚胎持续生长过程中,人类细胞所占百分比非常高。

随后,研究人员对来自胚胎的人猴胚胎细胞进行了转录组分析,并初步构建了人猴嵌合胚胎的转录谱。在分析过程中,研究人员发现,细胞间相互作用在人猴嵌合胚胎形成中得到了加强,例如 FGF5-FGFR4, NOTCH4-JAG2, WNT2B-FZD4, WISP3-SORL1 以及 PLXNB2-PTN 等不同的配体 - 受体相互作用,而 PI3K-Akt, MAPK 以及 PPAR 通路与人猴嵌合胚胎的形成密切相关。

对此,Belmonte 教授表示,“由于我们无法在人类中进行某些类型的试验,因此必须有更好的模型来理解和研究人类疾病以及生物学问题。人猴嵌合胚胎的形成是第一步,未来还需要结合生物学目标进一步开发系统模型,以便研究人类疾病。

总的来说,这一研究再次证实了人猴嵌合胚胎的可行性,“杂交” 胚胎正常发育后人类细胞所占比例也能达到预期。从长远来看,人类 - 动物胚胎嵌合体不仅可以用于研究人类早期发育并为疾病建模,而且可以开发新的药物筛选方法,并潜在地产生可移植的细胞、组织或器官。

不过,研究人员首先还需要更细致地评估人猴嵌合胚胎形成的分子机制,找到 “杂交” 胚胎正常发育的关键途径。未来,随着分子机制的进一步发展,人类或许可以与更多动物形成 “杂交” 胚胎,满足不同的科研或临床需求。

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